乾燥收縮值怎麼計算

文章來源：微信公眾號"瀝青路面”

引言

水泥穩定碎石混合料作為半剛性基層材料的一種常用形式，在中國高速公路建設中扮演著重要的角色。但由於半剛性基層自身的特點，溫縮和幹縮引起的病害常在半剛性瀝青路面開放交通的初期頻繁出現。由於國外半剛性基層應用範圍小，因此對基層產生縮裂的影響因素研究也比較少。

本文選取了3種不同級配的集料與水泥膠結料分別組成骨架密實型、骨架空隙型和懸浮密實型的水泥穩定碎石混合料，探討不同水泥摻量和不同結構型別對水泥穩定碎石混合料基層的幹縮效能和溫縮效能的影響。

原材料

水泥

本試驗採用陝西耀縣42。5#普通矽酸鹽水泥，水泥各項技術性能按照《通用矽酸鹽水泥》進行了試驗。

集料

集料採用西北地區較多的石灰岩石料，其基本效能指標滿足路用效能要求。在總結中國路面基層水泥穩定碎石混合料集料級配的組成設計及工程應用經驗的基礎上，考慮水泥穩定碎石混合料的縮裂變形特性，透過控制粗細集料關鍵篩孔的透過率，採用級配1、級配2、級配3三種典型的集料級配進行組合試驗，組成的結構分別為骨架密實型、骨架空隙型、懸浮密實型水泥穩定碎石混合料。

幹縮效能

水泥穩定碎石混合料在拌和、攤鋪、碾壓成基層後，會發生毛細管張力、吸附水分子間力、礦物凝膠、碳化脫水等一系列作用而失水產生體積收縮。水泥穩定碎石混合料在級配1、級配2、級配3的基礎上，按照不同結構都採用3。5%、4%、4。5%、5%、5。5%五種不同水泥摻量的方法進行幹縮試驗，計算平均幹縮係數，近而評價其乾燥縮裂的影響因素及影響程度。

幹縮試驗方法

按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》的要求，測得混合料的最佳含水量，製作試件。將混合料分層裝入10cm×10cm×40cm的試模中，搗實後在壓力機上採用300kN的成型壓力將試模的上壓塊壓入試模內，靜壓5min後解除安裝，脫模，平行試件數量為3個。成型好的試件在（20℃±2℃）、90%溼度的養生條件下進行養護，養生齡期分別為7d。之後放入40℃試驗箱中2h後測量含水量和幹縮應變，溫度保持在40℃，每4h稱量一次試樣並記錄試驗資料。

幹縮試驗結果與分析

選取結合材料時，在不同級配狀況下，採集水泥穩定碎石混合料幹縮試驗的資料並進行分析。

可得出以下結論。

（1）水泥摻量是影響混合料幹縮變形的重要因素之一。3種不同結構的混合料收縮規律基本一致，隨著水泥摻量的增加，混合料的幹縮係數越來越大，由於水泥自身的收縮特性使混合料乾燥收縮的程度加劇，為了保證水泥穩定碎石混合料的幹縮特性，儘可能降低水泥摻量。

當水泥摻量由3。5%增大到4%、4。5%、5%、5。5%時，級配1組成的骨架密實型混合料平均幹縮係數分別增大13。99%、21。91%、24%、33。11%；級配2組成的骨架空隙型混合料的平均幹縮係數分別增大21。55%、27。59%、38。33%、46。35%；級配3組成的懸浮密實型混合料的平均幹縮係數分別增大16。69%、17。25%、17。94%、35。99%。可以看出骨架空隙型混合料的幹縮變形受水泥摻量變化的影響最大，懸浮密實型次之，骨架密實型混合料的幹縮變形受水泥摻量變化的影響最小。

（2）可知失水率在1。2~2。3%時，水泥穩定碎石混合料幹縮係數出現最大值，失水率大於2。3%時幹縮係數雖有波動但其數值不大。時間在24~40h內水泥穩定碎石混合料乾燥係數存在最大值，說明乾燥收縮受環境的影響主要發生在混合料成型的初期，後期的變化趨於平緩。分析原因主要是由於幹縮初期，水分的蒸發造成毛細管張力增大，從而收縮較大。

（3）混合料結構型別也是影響乾燥收縮的另一個重要因素，可知骨架型混合料的平均幹縮係數遠小於密實型混合料。當水泥摻量超過3。8%時，抗幹縮變形能力如下：級配1最強，級配2次之，級配3最弱，此時選取骨架密實型混合料能有效改善水泥穩定碎石基層的抗幹縮能力；當水泥摻量小於3。8%時，抗幹縮變形能力為級配2最大，級配2次之，級配3最差，此時選取骨架空隙型混合料能有效改善水泥穩定碎石混合料的抗乾燥收縮能力。

溫縮效能

水泥穩定碎石混合料基層的溫縮主要發生在面層鋪筑後。水泥穩定碎石混合料是一種三相材料，

三相組成在溫度降低過程中相互作用，產生體積收縮，使半剛性基層材料產生溫縮變形。

水泥穩定碎石混合料在級配1~3的基礎上，按照不同結構型別都採用3。5%、4%、4。5%、5%、5。5%五種不同水泥摻量進行溫縮試驗，計算平均溫縮係數，近而評價其縮裂的影響因素及影響程度。

溫縮試驗方法

按照規程中的方法進行水泥穩定碎石混合料的溫縮試驗操作。在最大幹密度和最佳含水量的條件下透過靜壓法成型10cm×10cm×40cm的試件，平行試件的數量為3個，試件在（20℃±2℃）、90%溼度的條件下進行養生。考慮水泥穩定碎石混合料的降溫收縮主要發生在低溫階段，故溫縮試驗的溫度區間設為-30℃~30℃，每5℃為一個溫度區間，每個溫度區間恆溫6h，對試件的溫縮應變進行觀測與計算。

溫縮試驗結果與分析

結合材料，選取在3種不同級配狀況下，採集在溫縮試驗中混合料隨水泥摻量變化產生的資料並進行分析。

可以得到以下結論。

（1）水泥摻量是影響混合料幹縮變形的重要因素之一。3種結構混合料的收縮規律基本一致，當水泥摻量由3。5%增大到4%、4。5%、5%、5。5%時，級配1組成的骨架密實型混合料平均溫縮係數分別增大3。2%、6。7%、11。6%、15。68%；級配2組成的骨架空隙型混合料的平均溫縮係數分別增大6。47%、12。48%、19。61%、22。57%；級配3組成的懸浮密實型混合料的平均溫縮係數分別增大3。94%、8。57%、15。05%、18。98%。可以看出骨架空隙型混合料的溫縮變形受水泥摻量的變化影響最大，懸浮密實型次之，骨架密實型混合料的溫縮變形受水泥摻量的變化影響最小，此溫縮變化規律與幹縮變化一致。

（2）3種級配組成的水泥穩定碎石混合料的溫縮係數隨著溫度的降低都呈現出線性增長趨勢，其原因主要是水泥穩定碎石混合料本身感溫效能好，溫度降低造成水泥穩定碎石材料的收縮效應顯著，溫縮係數隨之呈上升的趨勢。在-10℃~5℃溫度內，溫度處於冰點附近，混合料中的水出現反常膨脹，所產生的擴張壓力消失，顆粒之間的空隙減小，混合料變得更加密實，故此區間內溫縮係數趨於平緩。

（3）可知，3種結構型別的水泥穩定碎石混合料平均溫縮係數都隨著水泥摻量的增加而增大。水泥摻量變化對溫度收縮變形有顯著影響，降低水泥摻量有助於減少混合料的溫度收縮。3種結構型別的混合料在水泥摻量小於4。5%時平均溫縮係數增長速度緩慢，當水泥摻量大於4。5%時，平均溫縮係數增長幅度增快，考慮基層混合料抵抗溫度收縮變形的能力，儘量選用低劑量的水泥摻量，水泥的最佳摻量小於4。5%。

（4）影響水泥穩定碎石混合料溫度收縮的另一關鍵因素是結構型別，可以發現，骨架密實型混

合料的平均溫縮係數遠小於懸浮密實型混合料。在水泥摻量低於4%時，3種結構型別混合料中抗溫縮變形能力骨架空隙型最強，骨架密實型次之，懸浮密實型最差。在水泥摻量高於4%時，3種結構型別混合料中抗溫縮變形能力骨架密實型最強，骨架空隙型次之，懸浮密實型最差。骨架型級配的溫縮效能較優，主要是由於其中的大粒徑碎石能吸收在降溫過程中產生的應力，減少混合料的變形，選擇骨架型混合料可以提高水泥穩定碎石基層的抗溫縮效能。

結語

（1）水泥穩定碎石混合料的幹縮係數隨著失水率和水泥摻量的增加而增大，骨架密實型混合料的幹縮特性受水泥摻量的變化影響較小，骨架空隙型混合料次之，懸浮密實型混合料幹縮特性受水泥摻量的變化影響最大。從混合料抗乾燥收縮的角度出發，儘量降低水泥摻量，當水泥摻量超過3。8%時骨架密實型混合料抗幹縮性較好，水泥摻量低於3。8%，骨架空隙型混合料抗幹縮性較好。

（2）水泥穩定碎石混合料的溫縮係數隨著溫度的降低而增大，隨著水泥摻量的增加而增大，從抗溫縮效能考慮，應選擇較低的水泥摻量，當水泥摻量小於4。5%時混合料的平均溫縮係數增長幅度放緩，可考慮最佳水泥摻量小於4。5%。在水泥摻量超過4%時，3種結構型別混合料中抗溫縮變形能力骨架密實型最強，骨架空隙型次之，懸浮密實型最差。在水泥摻量低於4%時，3種結構型別混合料中抗溫縮變形能力骨架空隙型最強，骨架密實型次之，懸浮密實型最差，選擇骨架型結構有利於提高混合料抗溫縮的能力，這是由於在水泥穩定碎石混合料內部，大粒徑碎石能吸收降溫過程中產生的應力，粗集料含量對混合料的收縮起著重要的作用。

（3）考慮溫縮和幹縮的共同作用，選擇低水泥摻量，骨架型結構組成的混合料的抗縮裂效能最優，考慮半剛性基層工程實際使用，也可以在水泥穩定碎石混合料中加入適量的粉煤灰，或者延長養護時間來提高其基層抗縮裂效能。